急倾斜多煤层开采诱发覆岩及地表移动规律研究

发布时间：2023-03-29 20:46

　　急倾斜煤层的地下开采易诱发采空区上覆岩层与地表发生剧烈变形破坏。前人对急倾斜单煤层开采岩层与地表移动问题进行了深入研究,但是,针对急倾斜多层煤开采诱发岩移模式及机理研究仍不充分。因此,亟需研究急倾斜多煤层开采诱发覆岩及地表的变形等力学行为发展演变规律。据此,本文结合力学分析法、相似材料物理模型试验法以及离散元数值模拟法,深入研究了急倾斜多煤层开采诱发岩层移动模式及机理,取得如下成果:(1)通过相似材料物理模型试验与数值模拟分析,揭示了急倾斜多煤层开采诱发岩层移动规律。多层急倾斜煤层开采初期,岩体破坏以顶板的小范围垮落破坏为主;采空区顶板悬漏一定范围后,煤层顶板方向的岩体发生挤入采空区的滑移破坏。在上下岩体垂向压力和已经垮落稳定的破碎岩体的横向力作用下,采空区之间岩柱发生类似多米诺效应的二次复合垮塌。采空区上覆岩层的垮落在时间尺度上有一定的滞后性,此外,采空区覆岩中会出现狭窄空洞,空洞以非线性的运动轨迹在倾斜岩层中向上传播,空洞的尺寸一般在逐渐减小,形态由离层逐渐转变为裂缝。(2)提出了一种基于岩块位移变异系数的受扰动岩体分带准则。该准则基于离散元数值模拟结果,首先将急倾斜煤采空区受扰动...

【文章页数】：153 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
1 引言
    1.1 选题背景及选题意义
    1.2 国内外研究现状及存在问题
        1.2.1 急倾斜煤层开采覆岩变形及地表移动规律研究现状
        1.2.2 急倾斜煤层开采受扰动岩体分带研究现状
        1.2.3 急倾斜煤层开采诱发地表残余变形研究现状
        1.2.4 存在问题
    1.3 本文主要研究内容及创新点
        1.3.1 本文主要研究内容
        1.3.2 技术路线
        1.3.3 创新点
2 工程概况
    2.1 新集煤矿八里塘矿区概况
        2.1.1 自然地理条件
        2.1.2 八里塘矿区地层特征
        2.1.3 矿区构造特征及采区划分
    2.2 八里塘矿区东三采区煤层赋存特征及开采方式
        2.2.1 煤层赋存特征
        2.2.2 煤层开采方式
    2.3 八里塘矿区西一采区煤层赋存特征及开采方式
        2.3.1 煤层赋存特征
        2.3.2 煤层开采方式
    2.4 八里塘矿区西一采区地表移动观测结果
3 急倾斜多煤层开采地表及岩层移动破坏的物理模型试验研究
    3.1 相似材料模拟实验理论基础
    3.2 模型试验方案
        3.2.1 模型试验设计
        3.2.2 模型试验前期准备工作
    3.3 急倾斜多煤层覆岩及地表变形破坏规律分析
        3.3.1 实验现象描述
        3.3.2 覆岩变形破坏分析
        3.3.3 地表移动变形规律分析
    3.4 本章小结
4 急倾斜多煤层开采地表及岩层移动破坏的数值模拟研究
    4.1 离散元数值模型的建立
        4.1.1 离散元数值模拟分析方法简介
        4.1.2 计算模型及边界条件的建立
        4.1.3 模型力学参数的选取
        4.1.4 东三采区煤层数值模拟开采设计
    4.2 急倾斜多煤层开采变形破坏特征
        4.2.1 开采过程中变形破坏特征及力学分析
        4.2.2 开采完成后覆岩及地表最终的破坏形态
    4.3 基于离散元数值模拟的急倾斜煤开采扰动岩体分带研究
        4.3.1 方法概述
        4.3.2 急倾斜采区受扰动岩体分带的依据及各带特征
        4.3.3 基于CV-DEM法的分带准则及应用
    4.4 本章小结
5 急倾斜多煤层开采地表残余变形研究
    5.1 急倾斜煤层开采残余变形机理
    5.2 蠕变模型选取及蠕变参数的反演研究
        5.2.1 3DEC蠕变模型类型的简介
        5.2.2 反演计算模型的建立
        5.2.3 西一采区煤层数值模拟开采设计
        5.2.4 蠕变计算及反演结果
    5.3 急倾斜多煤层开采残余变形规律研究
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3774446